Un capteur surveille la qualité de l'huile sur les équipements de production d'électricité

Il existe un besoin critique sur le marché des actifs mobiles et fixes pour permettre aux unités de terrain de déterminer la qualité de l'huile à la demande et de fournir des informations complémentaires sur l'état de l'huile qui ont été traditionnellement obtenues à partir des laboratoires d'analyse d'huile.

La méthodologie actuelle des tests dans les laboratoires hors site n'est pas optimale et coûteuse en raison des défis logistiques liés à l'expédition des échantillons et du délai de retour des informations au personnel pour pouvoir prendre des décisions rapides et éclairées.

La détermination de la qualité de l'huile en temps réel avec des dispositifs d'évaluation de l'huile embarqués et portables exploités par du personnel mécanicien offre la flexibilité opérationnelle et les moyens rapides de contrôler la qualité de l'huile qui sont essentiels à l'établissement d'un programme pour fournir des produits de surveillance en temps réel basés sur l'état pour le soin de tous actifs.

La mesure de la viscosité de l'huile est une méthode rapide pour déterminer l'état de l'huile et est considérée comme un paramètre important dans l'évaluation de l'état de préparation des actifs.

Le capteur de viscosité SenGenuity ViSmart, qui peut compléter la spectroscopie IR et d'autres capteurs de propriétés en vrac, peut fournir des données de viscosité et de température instantanées en ligne, n'a aucune pièce mobile avec une plage de fonctionnement extrêmement large et offre une connectivité plug-and-play universelle pour l'intégration avec et dans d'autres produits portables.

Les capteurs sont sur le marché depuis près d'une décennie et sont actuellement installés sur des marchés allant de la surveillance de l'état de l'huile dans les industries des machines-outils et des équipements rotatifs au contrôle de processus dans les applications de revêtement. C'est dans ces environnements rigoureux que les avantages du retour sur investissement ont été réalisés et sont maintenant évalués pour les actifs mobiles et fixes où la surveillance de l'état du pétrole est d'une importance primordiale.

Les capteurs à ondes acoustiques (AW) de SenGenuity offrent un certain nombre d'avantages par rapport aux viscosimètres mécaniques et électromécaniques conventionnels, car ce sont de petits dispositifs à semi-conducteurs qui peuvent être complètement immergés dans l'huile fournissant un flux de données de viscosité instantané pour le contrôle ponctuel des OEM ou des utilisateurs finaux. candidatures.

Les capteurs ne sont pas affectés par les chocs, les vibrations ou les conditions d'écoulement, ils peuvent donc être utilisés dans des conditions de fonctionnement difficiles pour mesurer la viscosité de zéro à 500 cP avec une plage de température de moins-15 degrés à 125 degrés Celsius avec un degré élevé de précision. Dans le même temps, les mesures du capteur ne sont pas affectées par les particules dans l'huile.

Les viscosimètres mécaniques et électromécaniques conventionnels conçus principalement pour les mesures en laboratoire sont difficiles à intégrer dans l'environnement de contrôle et de surveillance. En conséquence, de nombreuses entreprises s'appuient sur des décisions basées sur des données « instantanées » intermittentes acquises à partir d'un échantillonnage périodique où l'instrumentation conventionnelle peut être affectée par la température, le taux de cisaillement et d'autres variables.

Étant donné que les contaminants dans le pétrole (eau, solvants et carburant) sont connus pour dégrader la viscosité et endommager les composants internes des actifs diesel, qu'il s'agisse de camions ou d'équipement de construction ou de véhicules militaires ou d'équipement de production d'électricité, il est important de ne pas se fier uniquement à données d'instantané.

Il a été démontré que les niveaux élevés de contamination de l'eau dans le carburant diesel sont la cause de la corrosion et des piqûres, entraînant une augmentation du nombre de particules d'usure du métal. La présence de solvants de nettoyage résiduels et la contamination du carburant ont fait gonfler les joints et créer des situations de fonctionnement du moteur moins qu'idéales.

La connaissance de la viscosité en temps réel offre un avantage significatif pour mesurer le vieillissement de l'huile, la pénétration de contaminants pendant les opérations commerciales et prévenir les défaillances mécaniques naissantes dues à la perte des propriétés de lubrification de l'huile.

Cette étude de cas, ainsi que des données client, montre le capteur de boulon fileté SenGenuity ViSmart (Figure 2) qui est destiné à l'intégration intégrée aux actifs diesel fixes et mobiles.

Technologie du produit

SenGenuity a développé une méthode unique pour proposer un capteur de viscosité avec une large plage dynamique (de l'air à plusieurs milliers de cP) dans un seul capteur (Figure 1).

Figure 1. Le capteur SenGenuity utilise un guide d'ondes acoustique avec des transducteurs électriques sur une surface et étant en contact avec le fluide sur l'autre surface.

Le ViSmart est un viscosimètre à semi-conducteurs à ondes acoustiques de surface, robuste, fiable et économique, disponible dans le commerce, destiné à être intégré dans des systèmes de surveillance et de contrôle de processus en ligne et en temps réel pour des applications évolutives (Figure 2).

Figure 2. Capteur de viscosité de boulon à semi-conducteurs à faible cisaillement SenGenuity

Le capteur n'a aucune pièce mobile (autre que la vibration à l'échelle atomique de la surface) et, en raison de la fréquence élevée de la vibration, plusieurs millions de vibrations par seconde, est indépendant des conditions d'écoulement du liquide et insensible aux effets de vibration du environnement. L'électronique à haute température est utilisée qui permet une plage de température de fonctionnement très large pour le capteur.

L'importance de ces capteurs acoustiques réside dans le principe de mesure nettement différent. Alors qu'une classe de dispositifs mécaniques mesure la viscosité cinématique (flux) et l'autre classe mesure la viscosité intrinsèque (frottement), les capteurs à ondes acoustiques (AW) mesurent l'impédance acoustique, (ωρη)1/2, où est la fréquence radian (2πF) , est la densité et est la viscosité intrinsèque.

La mesure de la viscosité est effectuée en mettant le résonateur à ondes à cristal de quartz en contact avec du liquide. La viscosité du liquide détermine l'épaisseur du fluide couplé hydrodynamiquement à la surface du capteur.

La surface du capteur est en mouvement uniforme à la fréquence ω=2πF, avec l'amplitude, U. La fréquence est connue par conception et l'amplitude est déterminée par le niveau de puissance du signal électrique appliqué au capteur. Lorsque l'onde de cisaillement pénètre dans le fluide adjacent à une profondeur, d, déterminée par la fréquence, la viscosité et la densité du liquide sous la forme d=(2η/ωρ)1/2, comme illustré à la figure 3.

Figure 3. Cette figure représente une coupe transversale du capteur montrant des transducteurs sur la surface inférieure et des molécules liquides (boules d'or) sur la surface supérieure.

La viscosité acoustique est calculée en utilisant la perte de puissance du résonateur à quartz dans le fluide. L'unité de mesure est la viscosité acoustique (AV) et est égale à ρη, (g/cm3 • cP) (densité multipliée par la viscosité dynamique).

Le résonateur à ondes acoustiques supporte une onde stationnaire dans son épaisseur. Le motif d'onde interagit avec les électrodes sur la surface inférieure (hermétiquement scellées du liquide) et interagit avec le fluide sur la surface supérieure.

La majeure partie du liquide n'est pas affectée par le signal acoustique et une fine couche (de l'ordre du micron ou du micro-pouce) est déplacée par la surface vibrante. Une surface de revêtement dur brevetée est également présente, résistante aux rayures et à l'abrasion, ce qui permet au capteur de fonctionner dans des environnements extrêmes et permet au capteur ViSmart d'être un candidat approprié pour les applications de surveillance de l'état de l'huile et de la qualité du carburant dans les applications mobiles et fixes. marchés d'actifs.

Application client et données

Un client d'un pays du tiers monde dans le secteur des télécommunications et des entreprises de données dispose d'équipements de production d'électricité stratégiques et critiques dans des endroits éloignés. Les défis de la logistique sont tels qu'ils préféreraient ne pas avoir à effectuer de fréquentes visites sur site. En raison de l'éloignement des sites, ils ne font pas partie du réseau électrique ou de télécommunications et, en tant que tels, sont susceptibles d'être endommagés par les intempéries, le dysfonctionnement de l'équipement, le vandalisme et le vol d'actifs.

En partenariat avec des fournisseurs de solutions de surveillance de sites distants, les capteurs ViSmart, dans le cadre d'un ensemble de solutions globales, peuvent fournir une surveillance sécurisée et fiable de la qualité du pétrole et du carburant présents dans les groupes électrogènes présents dans ces infrastructures de télécommunications et d'entreprise de données.

L'objectif du client était double. Premièrement, ils voulaient être en mesure d'identifier si la qualité de l'huile se situait dans les paramètres de performance de fonctionnement nominaux au fil du temps et de déterminer si les intervalles de vidange d'huile pouvaient être améliorés (actuellement, l'huile est changée toutes les 150 à 200 heures).

La lecture de la viscosité a été identifiée comme le paramètre indicateur clé (il est important de noter que le capteur ViSmart mesure également la température). Un objectif secondaire était de s'assurer que le capteur identifierait un événement dans lequel une huile non spécifiée a été introduite dans le groupe électrogène.

Deuxièmement, le client avait l'obligation d'identifier s'il y avait une contamination dans la conduite de carburant, due à l'eau ou au kérosène. Encore une fois, la lecture de la viscosité a été identifiée comme un paramètre indicateur clé.

Des conditions de test ont été établies et des échantillons d'huile réels ont été obtenus à partir d'un groupe électrogène fournissant une alimentation électrique continue (à charge variable) au lieu d'une alimentation commerciale (puissance nominale de 22 kVA, 18 kW à 220 V/60 Hz). Sur la figure 4, la relation entre la viscosité de l'huile vierge et usée 15W40 en fonction de la température est observée. L'huile usagée a une autonomie de 150 heures; il est clairement observé que le changement de viscosité en nominal et il n'y a pas besoin de changer l'huile.

Figure 4. Données viscosité-température pour le 15W40 neuf et d'occasion

Dans le cadre de la même configuration, différentes qualités d'huile ont été vérifiées pour les valeurs de viscosité afin de confirmer la capacité du capteur ViSmart à différencier les types d'huile. De plus, les différents types d'huile ont été introduits dans l'équipement du groupe électrogène spécifié 15W40 pour déterminer si le capteur peut informer le client d'un événement lorsqu'une huile incorrecte est présente. Les données sont présentées sur la figure 5, acquises à une température de 40 degrés C, et montrent clairement la différenciation de l'état de l'huile.

Figure 5a. Différentes valeurs de viscosité pour divers états de condition d'huile à 40 degrés Celsius

Figure 5b. Différentes valeurs de viscosité pour divers états de condition d'huile à 40 degrés Celsius (en détail)

Les données de viscosité ont également été acquises à 100 degrés C; et encore, la différenciation dans les différents états de condition d'huile est observée (voir la figure 6). Avec des données de viscosité acquises à plusieurs températures, il est possible de déterminer l'état de l'huile et de vérifier s'il respecte ses paramètres de fonctionnement.

Figure 6. Différentes valeurs de viscosité pour divers états de l'huile à 100 degrés Celsius

Dans le cadre de la même configuration dans l'équipement de production d'électricité, la viscosité du carburant diesel, combinée à la contamination du carburant, a été mesurée à différentes températures. La contamination était constituée d'eau et de kérosène, et toutes les conditions ont été mesurées à 25 degrés et 40 degrés Celsius. Comme le montrent clairement les données de la figure 7, le ViSmart est capable de surveiller la viscosité du carburant et de s'assurer qu'elle respecte les paramètres de performance.

Figure 7. Différentes valeurs de viscosité pour divers états de qualité de carburant à 25 et 40 degrés Celsius

Toutes les données ci-dessus indiquent qu'avec une logique simple utilisée à la station de surveillance à distance, ainsi que des conditions d'avertissement et d'alarme, la viscosité et la température de l'huile et du carburant acquises peuvent surveiller les conditions appropriées nécessaires pour que l'équipement de production d'électricité fonctionne de manière fiable sans temps d'arrêt. .

Avantages

Le capteur de viscosité ViSmart peut être facilement appliqué dans les opérations sur le terrain ou installé directement sur l'équipement pour une surveillance continue de la viscosité afin de permettre au personnel mécanicien de tester l'huile ou le carburant en quelques minutes.

Il serait complémentaire au fardeau des tests d'analyse d'huile en laboratoire en fournissant des données de viscosité en temps réel et permettrait de rationaliser les coûts logistiques. Et étant donné qu'aucun étalonnage n'est requis pour le capteur robuste résistant aux vibrations et aux chocs, une fois qu'il est installé dans des environnements industriels difficiles, les coûts de maintenance sont extrêmement faibles.

Les capteurs sont actuellement utilisés dans des applications 24h/24 et 7j/7 dans le secteur commercial, avec un transfert de données en temps réel pour les capacités de prise de décision. Le capteur de boulon fileté en ligne en temps réel peut être entièrement immergé dans l'huile et/ou le carburant et être simplement utilisé pour une vérification ponctuelle ou une surveillance continue.

La fourniture de données de viscosité en temps réel et l'utilisation continue du capteur fourniraient les informations nécessaires au personnel pour prendre des décisions critiques dans les applications réelles sur le terrain, ce qui allongerait la durée de vie de la machine et les calendriers de maintenance tout en complétant les autres flux de données de paramètres de qualité de l'huile obtenus des laboratoires.